Đáp án đề thi lập đội tuyển dự thi Quốc gia môn Vật lý Lớp 12 - Vòng 1 - Năm học 2015-2016 - Sở giáo dục và đào tạo Đăk Lăk

Nội dung text: Đáp án đề thi lập đội tuyển dự thi Quốc gia môn Vật lý Lớp 12 - Vòng 1 - Năm học 2015-2016 - Sở giáo dục và đào tạo Đăk Lăk

1. Câu 1. (4,0 điểm) Chọn trục Ox theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống, gọi O là vị trí cân bằng của thanh. Khi thanh dẫn điện chuyển động cắt các đường cảm ứng từ thì thanh dẫn điện trở thành nguồn điện có suất điện động E vB . (1) (0,5đ) Suất điện động này tích điện cho tụ điện: q CE CvB (2) (0,25đ) Vận tốc v của thanh dẫn điện biến thiên, tạo ra dòng điện chạy qua thanh dẫn: q I CBa , với a là gia tốc của thanh. (3) (0,5đ) t Dòng điện trong thanh dẫn điện bị từ trường tác dụng một lực: 2 2 Fdt BIl B  Ca (4) (0,5đ) Khi thanh ở vị trí cân bằng lực tác dụng lên thanh là: C P 2k l0 (5) (0,5đ) Khi thanh dẫn điện có li độ x thì lực tác dụng vào nó là: 2 2  F P 2k( l0 x) B  Ca (6) (0,25đ) B F 2kx B22Ca mx'' 2kx B22Cx'' (7) (0,5đ) m B22C x'' 2kx 0 2k (8) (0,5đ) x'' x v m B22C x 2k Hình 5 x''  2 x với  (9) (0,5đ) m B22C Vậy thanh dao động điều hòa với tần số  . Câu 2. (5,0 điểm) 1. Lập biểu thức tính áp suất khí trong săm sau n lần bơm trong hai trường hợp: (3,75đ) a. Khi thể tích vòi bơm là nhỏ - Sau lần bơm thứ nhất, áp suất không khí trong săm là p1. Quá trình là đẳng nhiệt nên: p1V2 = p0(V1 + V2) (10) (0,25đ) V1 hay: p1 p0 1 (11) (0,25đ) V2 sau lần bơm thứ hai, áp suất không khí trong săm là p2, tương tự ta có: p2V2 = p0(2V1 + V2) (12) (0,25đ) V1 hay: p2 p0 1 2 (13) (0,25đ) V2 suy ra sau n lần bơm, áp suất khí trong săm là: V1 pn p0 1 n (14) (0,25đ) V2 580 n Áp dụng số: p6 p0 1 n p0 1 (15) (0,25đ) 5800 10 3 b. Khi thể tích của vòi bơm là V3 = 11,6 cm - Sau lần bơm thứ nhất, áp suất không khí trong săm bây giờ là p1’: Ta có: p1’(V2 + V3) = p0(V1 + V2 + V3) (16) (0,25đ)
2. ' V1 Suy ra: p1 p0 1 V2 V3 Gọi p2’ là áp suất không khí trong săm sau lần bơm thứ hai. Khi bắt đầu bơm lần thứ hai thì lượng khí trong săm có thể tích V2 và áp suất là p1’; lượng khí trong thân bơm và vòi bơm có áp suất p0 và thể tích là V1 + V3. Cuối quá trình bơm lần thứ hai thì lương khí trong săm và vòi bơm có cùng áp suất là p2’ còn thể tích là V2 + V3. Theo định luật Bôi Ma –ri -ốt, ta có: p2’(V2 + V3) = p1’V2 + p0(V1 + V3) (17) (0,25đ) thay biểu thức của p1’ ở trên vào: ' V1 V1V2 p2 V2 V3 p0 1 V2 p0 V1 V3 p0 V2 V1 V3 V2 V3 V2 V3 Biến đổi, ta có: ' V1 V1V2 V1 V2 p2 p0 1 p0 1 1 (18) (0,25đ) V V 2 V V V V 2 3 V2 V3 2 3 2 3 Sau lần bơm thứ ba, áp suất khí trong bình là p3’: p3’(V2 + V3) = p2’V2 + p0(V1 + V2) (19) (0,25đ) Suy ra công thức tương tự như đối với p2’: 2 ' V1 V2 V2 p3 p0 1 1 (20) (0.25đ) V V V V V V 2 3 2 3 2 3 n 1 V1 V2 V2 pn ' p0 1 1 (21) (0,25đ) V V V V V V 2 3 2 3 2 3 Đại lượng trong dấu ngoặc là một cấp số nhân, có dạng: 1 qn 1 q qn 1 (22) (0,25đ) 1 q n V2 n 1 1 n V V V V V V V Hay: 1 2 2 2 3 2 3 1 2 (23) (0,25đ) V2 V3 V2 V3 V2 V3 V2 V3 1 V2 V3 Thay vào biểu thức của pn’, ta có: n n V1 V2 V3 V2 V1 V2 pn ' p0 1 1 p0 1 1 (24) (0,25đ) V V V V V V V V 2 3 3 2 3 3 2 3 Hay: p ' p 1 50 1 0,998n p (51 50.0,998n ) (25) n ; 0 0 2. So sánh pn với pn’: (0,25đ) Từ câu 1, ta thấy ngay: pn’ < pn. (26) (0,25đ) 3. Áp suất lớn nhất có thể đạt được trong săm xe đạp: (1,0đ) Áp suất lớn nhất có thể đạt được khi số lần bơm là rất lớn n → ∞; từ công thức tính pn’ suy ra: V1 pmax pn ’ n p0 1 51p0 (27) (1,0đ) V3 Câu 3. (4,0 điểm)
3. Liên hệ giữa C0 và C1 Theo giả thiết ta có: R L,r C Z R r 2 Z Z 2 = Z (28) A B L C0 C0 Hay: R r 2 Z Z 2 Z 2 (29) (0,25đ) L C0 C0 H 2 V Khi C thay đổi (tức thay đổi ZC) thì UC sẽ đạt được trị số cực đại, nếu ZC thỏa mãn diều kiện: 2 2 ZC ZL R r ZL 2 2 Tức ta có: ZC1ZL R r ZL (30) (1,5đ) Biến đổi hệ thức điều kiện: 2 2 2 2 2 2 ZC1ZL R r ZL ZC1ZL 2ZL ZC0 ZC0 R r ZL 2ZL ZC0 ZC0 (31) (1,5đ) 2 2 2 2 2 Suy ra: ZC1ZL 2ZL ZC0 ZC0 R r ZL ZC0 Z ZC0 (32) (0,5đ) C Từ đó: Z Z 2Z Z 0 Z 2Z C 0 : (33) (0,25đ) C1 L L C0 C1 C0 1 2 Câu 4. (5,0 điểm) 1. Xác định vị trí, tính chất của ảnh S’ của S qua thấu kính: (1,0đ) Sơ đồ tạo ảnh: S L S ' (34) (0,25đ) df 30.25 Ta có: d ' 150cm (35) (0,5đ) d f 30 25 Vậy: Ảnh S’ của S là ảnh thật trên trục chính, cách thấu kính 150 cm. (0,25đ) 2. Khi đặt thêm gương cầu lóm và thay thấu kính L bởi thấu kính L1: (4,0đ) a. Tính tiêu cự của thấu kính L1: L1 G L1 Sơ đồ tạo ảnh: S  S1  S2  S3 (36) (0,25đ) Để S3 trùng với S thì S2 phải trùng với S1, tức là ảnh của S1 cho bởi gương (tức là S2) lại trùng với S1. Từ sự tạo ảnh qua gương cầu lõm, ta thấy ảnh qua gương trùng với vật khi hoặc là vật nằm tại tâm C của gương (tức là S1 phải nằm tại tâm C của gương), hoặc là vật nằm tại đỉnh của gương (tức là S1 nằm tại đỉnh gương). (0,25đ) Vậy thấu kính phải cho ảnh thật của S nằm tại tâm C của gương, hoặc nằm tại đỉnh của gương (tại S’). Để vật thật tạo ảnh thật qua thấu kính, ta phải có tiêu cự không lớn hơn một phần tư khoảng cách vật ảnh d d ' (vật màn): f 1 1 (37) (0,5đ) 4 - Khi ảnh S1 nằm tại tâm C của gương, ta có: d1 + d1’ = 150 + 30 – 2.42 = 96 cm (38) (0,5đ) 96 suy ra: f 24cm (39) (0,25đ) 4 - Khi ảnh S1 nằm tại đỉnh gương thì: d1 + d1’ = 150 + 30 = 180 cm (40) (0,25đ) 180 Suy ra: f 45cm (41) (0,25đ) 4 Vậy ta chọn: f 24cm (42) (0,25đ) Khi f < 24 cm: ta có 4 vị trí của L1( hai vị trí ảnh nằm tại tâm gương và 2 vị trí ảnh nằm tại đỉnh gương) cho ảnh trùng với vật. Theo giả thiết có ba vị trí của L1, do đó hai trong bốn vị trí đã trùng nhau.
4. Vậy có thể chọn f = 24 cm. (43) (0,25đ) b. Ba vị trí của thấu kính L1: - Khi ảnh S1 nằm tại tâm gương, d1 + d1’ = 96 cm => d1 = d1’ = 48 cm (44) (0,5đ) - Khi S1 nằm tại đỉnh gương (trùng với ảnh S’): d1 + d1’ = 180 cm (45) (0,25đ) 1 1 1 1 1 2 2 Ta có: ' d1 180d1 4320 d1 180d1 4320 0 (46) (0,25đ) f d1 d1 d1 180 d1 Phương trình cho nghiệm: b' b'2 ac 90 8100 4320 d 90 61,482 (cm) (47) (0,25đ) 1 a 1 d1 = 151,482 cm; d1 = 28,518 cm. (48) Câu 5. (2,0 điểm) Thiết lập công thức: (49) (0,5đ) Z Z 2 r2 Ta có: L L với Z Z 2 r2 L = d  L d  2 2 U U xc mc Ixc Imc L (1)  Cách bố trí thí nghiệm: (50) (0,5đ) Bố trí thí nghiệm như hình vẽ L;r L;r Axc A K Vxc K V Hình 6a Hình 6b Phương án thí nghiệm: (51) (1.0đ) - Mắc nối tiếp ampe kế điện động vào cuộn dây. - Mắc song song vôn kế điện động vào cuộn dây. - Mắc toàn bộ hệ thống trên vào nguồn điện xoay chiều. - Đóng khóa K ghi lại chỉ số cường độ dòng điện và hiệu điện thế xoay chiều trên ampe kế và vôn kế. Tiến hành lần lượt đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế ít nhất ba lần, sau đó lấy giá trị trung bình của ba lần đo và thay vào biểu thức (1). - Mắc nối tiếp ampe kế một chiều vào cuộn dây. - Mắc song song vôn kế một chiều vào cuộn dây. - Mắc toàn bộ hệ thống trên vào nguồn điện một chiều. - Đóng khóa K ghi lại chỉ số cường độ dòng điện và hiệu điện thế xoay chiều trên ampe kế và vôn kế. Tiến hành lần lượt đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế ít nhất ba lần, sau đó lấy giá trị trung bình của ba lần đo và thay vào biểu thức (1).